Architecton: Proceedings of Higher Education №1 (29) March, 2010
Design
Oreshkin Mikhail V.
Director, Innovative Organization «Institute of Global Studies»,
Lugansk, Ukraine
,
CONCEPTUAL APPROACHES TO DESIGNING TOOLS FOR ENVIRONMENTALLY SAFE TILLAGE OF SOILS
УДК: 62:7.05
Шифр научной специальности: 30.18
Abstract
Keywords: Engineering designing; ecological safety; processing of ground; industrial design
Рабочие органы для обработки почвы являются наиболее консервативными орудиями из всех известных человечеству. Однако именно консерватизм приводит подчас к негативным результатам: разрушению почвогрунтов, падению плодородия, уменьшению продуктивности агроценозов и, как результат, – нехватке продовольствия. Орудия для обработки почвы служат в первую очередь для подготовки почвы к посадке сельскохозяйственных растений. А основная цель обработки почвы и возделывания сельскохозяйственных культур состоит в решении задач по смещению динамического равновесия агроценоза в сторону увеличения продуктивности выращиваемых растений. При этом должен соблюдаться принцип сохранения окружающей среды, агроценозов и главного их компонента – почвогрунтов. В связи с этим возникает необходимость во вновь синтезированных орудий для обработки почвогрунтов, отличных от ранее применяемых, включающих новые концептуальные подходы, имеющие, соответственно, и иной дизайн.
В нашем случае мы во многом базируемся на взаимосвязи и взаимозависимости двух диалектических противоположностей, которыми являются симметрия и асимметрия. Как указывал Э.М. Сороко, «сочетание симметрии и асимметрии в определенной пропорции и есть гармония» [1].
Можно обоснованно предпологать, что асимметричность морфологических процессов есть фундаментальный закон живой материи, а числа Фибоначчи, золотое сечение – это его количественное отображение, что даёт возможность качественно нового подхода к изучению рядов процессов, связанных с обработкой почвогрунтов. Асимметрия в нашем случае является именно тем моментом, который дает возможность получения дополнительного продукта, или урожая, в агроценозе при воздействии на него теми или иными способами (обработка почвы, внесение удобрений, и т.п.), то есть когда происходит смещение динамического равновесия в сторону плодоношения.
Рассмотрим эти процессы более подробно. Итак, растения в своём развитии используют принципы филлотаксиса, то есть спирального движения и развития и сложные виды симметрии в пространстве. В почвообрабатывающих машинах, машинах по уходу за растениями используются более простые пространственные виды симметрии, в частности, симметрия в отношении продольной плоскости в координатах XOZ. То есть машины созданы (организованы) с использованием (по принципу) продольной осевой и/или продольной плоскостной (рис. 1) симметрии. Движение почвообрабатывающих машин и орудий является поступательным, но они должны преобразовать своё поступательное движение во вращательные движения почвенных частиц. То есть в данном случае симметрия линейная или в отношении продольной плоскости должна перейти в симметрию с использованием спиралей, филлотаксиса или фракталы. То есть налицо переход одних видов симметрии в другие её виды, переход одного вида движения к другому – от поступательного ко вращательному движению.
Кроме этого, имеется противоречие между способом произрастания, жизнедеятельности и воздействия на среду (почву) растительных организмов, как и строением самой почвы, и воздействующих на них орудий и рабочих органов. Без примирения этого противоречия, без создания условий для оптимального развития растений через воздействие на почвенную среду путём привнесения асимметрии вопрос решить проблематично. Сам же вопрос состоит, в первую очередь, в увеличении урожая продовольственных культур без нарушения почвенного плодородия (разрушения почвы). То есть асимметрию в данном случае надо понимать как сдвиг энергоинформационного состояния агроценоза в сторону повышения продуктивности, в сторону присущим ему и его компонентам изначальным (имманентным) формам движения. Именно поэтому растения могут выступать в качестве самообрабатывающих структур, отсюда берёт своё начало биологическое земледелие, в частности, с применением бобовых культур. Что касается объёмной обработки почв, под которой мы понимаем обработку пахотного слоя почвы без значительного нарушения местонахождения почвенных слоёв и компонентов, но с рыхлением и крошением приближающимися по качеству к отвальной вспашке, но без уничтожения стерни на дневной поверхности, то она в определённой степени должна соответствовать принципам, заложенным в «архимедову спираль» и «динамический» прямоугольник (рис.2).
Рис.1. Симметрия рабочего органа плоскорежущего орудия в отношении продольной
плоскости симметрии. Q1 – верхняя часть плоскости симметрии и Q2 – нижняя часть
плоскости симмтерии
Рис. 2. Схема взаимодействия рабочего органа для объёмной обработки почвы с почвенной средой по типу архимедовой спирали,
переход поступательного движения орудия во вращательное движение почвенных частиц, взаимодействие двух типов симметрий:
1 – стойка; 2 – плоскорежущая лапа; 3 – зубовидный рыхлитель; 4 – архимедова спираль;
5 – «динамический» прямоугольник; 6 – зона перехода и максимального взаимодействия и рыхления
Как видим, рыхление в данном случае может значительно упроститься, поскольку зубовидный рыхлитель в идеале должен оказаться в зоне наименьшей устойчивости поднятого лемехом почвенного пласта достаточно легко его разрушить, доведя до агрономически ценных агрегаций. В то время как при работе обычного плоскореза данная возможность не используется. На рисунке 3 приводится схема перехода и преобразования поступательного движения почвообрабатывающих орудий.
Рис. 3. Схематическое преобразование поступательного движения почвообрабатывающего агрегата во вращательное или спиралевидное движение
В конечном итоге совмещение механических обработок с использованием «геометрии земледелия» и биометодов (биообработок) должно приводить к гармонизации и снятию имеющихся противоречий, достижению высоких технических показателей через соответствие совершаемых действий потребностям и самой природе растительных организмов и почвогрнта, как биокосного образования, и имманентно присущим им специфическим свойствам в силу их онтогенеза, в том числе и такого свойства, как способность производить биомассу. Основываясь на этих принципах и был произведён синтез ряда схем рабочих органов, имеющих свой специфический дизайн, отличающий их от ранее распространенных и производимых промышленностью рабочих органов и орудий. Помимо этого, необходимо отметить, что данный процесс совершенствования был длительным и в идеале стремился к бесконечности. Именно, исходя из этого, ставится задача по сохранению среды обитания растения и субстрата, на котором оно произрастает – почвы, а в расширенном смысле – педосферы в целом. В этом ряду стоят: обработки почвогрунта, предохранение его от механических разрушений, распыления, уплотнения; предохранение от загрязнения веществами-токсикантами различной природы, в том числе тяжёлыми металлами, микро- и радиоактивными элементами. Следует также учитывать, что идеальная машина – это машина, у которой нет движущихся частей, но она, тем не менее, выполняет поставленную цель.
Рассмотрим основные принципы объёмной обработки почвогрунта. Шагом к созданию подобного «идеального» орудия может служить рассматриваемый ниже способ объёмной обработки почвы, который как бы аккумулирует многие признаки ранее рассмотренных синтезированных схем почвообрабатывающих орудий и рабочих органов. По данному способу обработки почвы, включающему одновременно с рыхлением почвы в вертикальных плоскостях рыхление и в горизонтальных плоскостях с целью повышения качества рыхления, рыхление осуществляется и в вертикальных плоскостях, как ниже, так и выше горизонтальной плоскости рыхления. Помимо этого, рыхление ниже и выше горизонтальной плоскости рыхления может осуществляться также по диагональным плоскостям объёма рыхления, а по вертикальным и диагональным плоскостям объёма рыхления.
Рис. 4. Способ объёмной обработки почвы. Показан необработанный объём в системе координат Х, Y, Z
Рис. 5. А, Б, В – возможные варианты плоскостей рыхления. Г, Д, Ж, З, И, К, Л, М, Н – варианты рыхления
Технический смысл способа поясняется рисунками 4 и 5.
На рисунке 4 показан выделенный объём почвы, который должен подвергнуться обработке путём прохождения через него соответствующего орудия.
На рисунке 5 представлены варианты воздействия на данный объём соответствующих орудий. На рисунке 6 представлен вариант орудия, который осуществляет рыхление в вертикальной и горизонтальной плоскостях. На рисунке 7 – в диагональных плоскостях объёма рыхления.
На рисунках 8 и 9 – варианты орудия для полного объёмного рыхления обрабатываемого пласта. Орудие включает стойку (1), тело рабочего органа (2), горизонтальные рыхлящие элементы (3), верхние диагональные рыхлящие элементы (4), нижние диагональные рыхлящие элементы (5), нижний вертикальный рыхлящий элемент (6). При движении роль верхнего вертикального рыхлящего элемента выполняет стойка.
Данный рабочий орган предотвращает уплотнение почвы, а также образование уплотнённой плужной подошвы.
 |  |
| А. Вид сбоку | Б. Вид спереди |
Рис. 6. Вариант орудия для осуществления способа объёмной обработки почвы:
1 – стойка; 2 – корпус; 3 – горизонтальные ножи; 4 – вертикальный нож
 |  |
| А. Вид сбоку | Б. Вид спереди |
Рис. 7. Вариант орудия для объёмной обработки почвы: 1 – стойка; 4 – вертикальные диагональные ножи-рыхлители; 5 – нижние диагональные ножи-рыхлители
 |  |
| А. Вид сбоку | Б. Вид спереди |
Рис. 8. Орудие для осуществления способа объёмной обработки: 1 – стойка; 2 – корпус;
3 – горизонтальные ножи; 4 – верхние диагональные ножи; 6 – вертикальный нижний нож
Рис. 9. Другой вариант орудия для осуществления способа объёмной обработки почвы:
1 – стойка; 2 – корпус; 3 – горизонтальные ножи; 4 – верхние диагональные ножи;
5 – нижние диагональные ножи; 6 – вертикальный нижний нож
В случае необходимости путём перекомпоновки может быть подготовлен рабочий орган для проведения специальных работ или рыхления по заданным плоскостям. В целом же данный способ объёмной обработки почвы можно использовать как при основной, так и при специальных обработках почвы, в том числе при обработке рядковых посевов, в виноградниках, садах, при контурной обработке почвы на сложных по рельефу участках и склонах, что будет способствовать повышению эрозионной устойчивости и предотвращать смыв почвы. При обработке почвы после зерновых колосовых обеспечивается сохранение стерни, что также способствует усилению противоэрозионного фона. Рассмотрим варианты рабочих органов и орудий с пассивными рыхлящими элементами.
 |  |
| Рис. 10. Плоскорежущий рабочий орган. | Рис. 11. Плоскорежущий рабочий орган. Вид сверху: 1 – плоскорежущая лапа круглой формы; 2 – стойка; 3 – дисковидные рыхлящие элементы плоскости, проходящей через стойку по ходу движения рабочего органа. |
Конструктивные особенности синтезированной схемы рабочего органа поясняют рисунки 10-12. Рабочий орган работает следующим образом: при агрегатировании двух рабочих органов с общим захватом до полутора метров с трактором класса 30 кН, трактор с помощью гидравлической системы производит их заглубление на глубину 18 – 22 см и работает как обычный плоскорез типа КПГ.
Рис.12. Общий вид сбоку плоскорежущего рабочего органа: 1 – пластина; 2 – стойка; 3 – диски
Почвенный пласт, подрезаемый лапой, двигается сверху по дискам и разделывается до агрономически ценных фракций, а части дисков, расположенных ниже плоскорежущей лапы, производят дополнительное почвоуглубление и предотвращают образование плужной подошвы. Конструкция рабочего органа позволяет производить основную обработку почвы под все культуры и обработку пара. Одновременно происходит предотвращение развития водной эрозии, достигается оптимальное крошение почвы, улучшается водный и пищевой режим почвы, лучше уничтожаются сорняки за счёт вычёсывания их корневищ, достигается разуплотнение почвы ниже прохода плоскорежущей лапы.
Рассмотрим схему плоскорежущего рабочего органа, включающую плоскорежущую лапу и установленные на ней дополнительные рыхлящие элементы. Они установлены сверху и снизу плоскорежущей лапы и выполнены (при рассмотрении сбоку) в виде клиновидных направляющих, берущих начало от долота лапы. В сечении они имеют прямоугольники, равные между собой по плоскости сечения, а угол раствора лапы составляет 90 градусов и менее. При этом края плоскорежущей лапы могут выполняться по тангенсоиде зеркально относительно друг друга. Высота рыхлящих элементов может увеличиваться от стойки к краю плоскорежущей лапы. Рыхлящие элементы могут иметь в сечении параболическую форму, а фокусы парабол будут направлены в сторону стойки или, напротив, от неё. Всё это поясняется рисунками 13-17. Рассматриваемый рабочий орган работает следующим образом: при агрегатировании двух рабочих органов с классом трактора 30 кН, трактор производит заглубление рабочих органов на глубину до 22 см и работает как обычный плоскорез типа КПГ. Почвенный пласт, подрезаемый долотом (2) и плоскорежущей лапой (3), попадает на рыхлящие элементы (4) и разделывается на них до более мелких фракций. Нижней же своей частью рыхлящие элементы (4) производят дополнительное воздействие на почву, и тем самым, предотвращается образование плужной подошвы. Конструкция рабочего органа позволяет производить основную обработку почвы и пара. Одновременно происходит предотвращение развития водной эрозии, увеличивается накопление продуктивной влаги, достигается оптимальное рыхление и крошение почвы, увеличивается производительность труда. Активнее идёт накопление продуктивной влаги и уничтожаются сорняки.
 |  |
| Рис. 13. Плоскорежущий рабочий орган. Вид сверху: | Рис.14. Плоскорежущий рабочий орган. |
 |  |
| Рис. 15. Плоскорежущий рабочий орган. Вид сбоку: | Рис. 16. Плоскорежущий рабочий орган с параболическими |
Затем рассмотрим плоскорежущий рабочий орган, содержащий плоскорежущую культиваторную лапу и элементы сепарации почвы, расположенные за ней, что поясняется рисунком 18. Элементы для сепарации с целью повышения качества противоэрозионной обработки почвы выполнены в виде зубчатых пластин таким образом, что задние кромки зубьев сепарирующих элементов по ходу движения образуют с горизонталью тупой угол, при этом зубья пластины направлены кверху. А сами пластины в рабочем положении имеют определённую вертикальную составляющую. Задняя кромка сепарирующих элементов может составлять с горизонталью прямой угол или острый угол. Сепарирующие зубья на пластине могут располагаться в горизонтальной плоскости по синусоиде либо же по тангенсоиде, с периодическим чередованием высот зубьев. Сами пластинчатые элементы для сепарации могут крепиться на горизонтальных шарнирах, а их задняя часть может выполняться закруглённой.
 |  |
| Рис. 17. Плоскорежущий рабочий | Рис. 18. Рабочий орган для противоэрозионной обработки почвы: |
Рис. 19. Рабочий орган для основной обработки модульного типа.
А, Б, В – варианты геометрии модулей:
1 – модуль; 2 – верхний плоскорежущий нож; 3 – нижний плоскорежущий нож
Завершает серию плоскорежущих рабочих органов с пассивными рыхлящими элементами рабочий орган для основной обработки почвы модульного типа. Его конструктивные особенности поясняет рисунок 19. Буквами А, Б, В обозначены геометрические вариации модулей рабочего органа. Смысл, так сказать, конструктивная философия данного орудия состоит в том, что из некоторого количества одинаковых модулей собирается необходимой ширины захвата рабочий орган с помощью которого производится безотвальная обработка почвы или сплошная культивация пара, или предпосевная культивация. Сам рабочий орган состоит из модулей (1) и плоскорежущих горизонтальных ножей-стоек (2) и (3). Количество последних определяется как линейными горизонтальными размерами модулей, так и свойствами обрабатываемых почв. Так, на рыхлых почвах количество горизонтальных ножей-стоек может достигать 2 – 3 при соответствующих размерах модуля предлагаемой геометрии, данной на рис.19.
Рассмотрим теперь группу, которая объединяет в себе плоскорежущие рабочие органы, имеющие активные приспособления для рыхления и крошения почвы. Первым в этой группе рассмотрим рабочий орган для основной обработки почвы, представленный в патенте РФ № 2102846 [2]. Данный рабочий орган включает плоскорежущую лапу и установленный за ней активный рыхлитель с рабочими органами и предусмотренными отличиями: рыхлитель выполнен в виде штанги, а рабочие органы – в виде сплющенных с боков трапецеидальных ножей, которые расположены на штанге по винтовой линии зеркально относительно друг друга и продольной плоскости симметрии лапы в левой и правой частях штанги, причём, штанга закреплена на крыльях лапы, перпендикулярно плоскости её симметрии, а ножи имеют чечевицеобразное сечение и установлены на штанге со смещением продольной оси их оснований относительно геометрического центра винтовой линии их установки в левой и правой частях штанги: в левой – влево, в правой – вправо.
 |  |
| А. Вид сбоку | Б. Вид сверху; схема установки вала с ножами-рыхлителями |
Рис. 20. Рабочий орган для основной обработки почвы: 1 – рама; 2 – стойка; 3 – вал; 4 – редуктор;
5 – передача; 6 – ножи-рыхлители; 7 – разделанная почва; 8 – лапа плоскореза; 9 – штанга
Кроме этого, данный рабочий орган имеет следующие отличительные признаки: верх каждого ножа имеет закругление; ножи устанавливаются наклонно к продольной оси штанги, при этом все ножи наклонены в сторону продольной плоскости симметрии плоскорежущей лапы; ножи имеют режущую кромку, выполненную в форме тангенсоиды; ножи установлены на штанге по винтовым линиям продольными рядами; ножи установлены на штанге по винтовым линиям со смещением ножей в каждом последующем ряду в продольном направлении на полшага размещения ножей в ряду; ножи на штанге установлены на пересечении двух винтовых линий, причём одна из них имеет меньший шаг.
Рассмотрим орудие для основной обработки почвы. Оно имеет плоскорежущую лапу с удлинённой задней частью с тангенциальным откосом-выемкой. В свою очередь, выемка имеет желоба, поверхность которых может иметь сложную геометрическую форму или, другими словами, топология поверхности желобов имеет специфические особенности с целью достижения частицами обрабатываемой почвы оптимальных с точки зрения агрономии размеров. Принципиальная схема орудия дана на рисунках 21. Сзади и сверху орудия, над фигурной выемкой, устанавливается фигурный же вал, топология поверхности сегментов которого соответствует топологии выемки и внутренней поверхности её сегментов. При работе в почве орудие совершает следующие действия: почва подрезается плоскорежущей лапой, далее её пласт поступает в выемку, где она размельчается до необходимых размеров комков благодаря как топологии поверхности самой выемки, так и воздействию фигурного вала, который вращается навстречу движения рабочего органа.
 |  |
| А. Вид сбоку | Б. Вид сверху |
 |  |
| В. Измельчающий вал 3 – сегмент измельчающего вала | Г. Разрез по В-В измельчающего вала |
Рис. 21. Орудие для основной обработки почвы:
1 – стойка; 2 – плоскорежущая лапа; 3 – разделочный вал; 4 – жёлоб крошения
Рассмотрим орудие для основной обработки почвы, которое включает плоскорежущую лапу, сзади которой укреплён активный рыхлящий орган, выполненный в виде вала, на котором укреплены металлические пальцы. Сама же плоскорежущая лапа имеет сзади пазы, соответствующие количеству рядов пальцев. При работе орудие заглубляется в почву на 20 – 22 см и работает как обычный плоскорез типа КПГ.
Пласт почвы, подрезаемый плоскорежущей лапой, движется по её верхней поверхности и попадает на вращающейся вал, оснащённый рыхлительными элементами, выполненными в виде пальцев, которые производят дополнительное её рыхление и крошение, а пылеватые частицы благодаря пазам просыпаются в ниже лежащие слои почвы. Конструктивные особенности данного орудия поясняются рисунком 22.
 |  |
| А. Вид сверху | Б. Вид сбоку |
Рис. 22. Орудие для основной обработки почвы:
1 – режущая кромка; 2 – пластина; 3 – стойка; 4 – пазы; 5 – штанга; 6 – пальцы
Следующая группа синтезированных схем орудий включает в себя вибрационные орудия и рабочие органы.
Первым отметим плоскорежущий рабочий орган по патенту РФ 2102844 [3], включающим стойку с лапой, вибратор и волновод, у которого лапа выполнена в виде пластины и соединена со стойкой шарнирно посредством вилкообразного кронштейна, а вибратор расположен в стойке, волновод размещён соосно с вибратором, причём конец волновода установлен в центре пластины и размещён между шарнирами крепления пластины с кронштейнами. Конструктивные особенности рабочего органа поясняются рисунком 23. Плоскорежущий рабочий орган работает следующим образом: после включения вибратора (3) в волноводе (4) возникают продольные волны, которые вызывают изгибные колебания пластины (6), которая на шарнирах (5) совершает колебательные движения. В таком возбуждённом состоянии рабочий орган заглубляется в почву. Волнообразные колебания пластин улучшают качество обрабатываемой почвы, того её слоя, который находится под дневной поверхностью почвы, а на самой поверхности сохраняется стерня. При этом улучшается качество рыхления и крошения почвы, не образуются крупные комки, которые при обычной обработке выворачиваются на поверхность, что позволяет без затруднений производить сев по стерне. Глубина обрабатываемого слоя может варьировать от 6 – 8 см до 30 – 35 см, что позволяет производить как основную, так и предпосевную обработку почвы. Одновременно снижается тяговое сопротивление за счёт снижения коэффициента трения при вибрации.
 |  |
| А. Вид спереди | Б. Вид спереди |
Рис. 23. Плоскорежущий рабочий орган: 1 – стойка; 2 – кронштейны; 3 – волновод;
4 – шарнир; 5 – плоскорежущая пластина; 6 – источник упругих колебаний
Помимо этого, конструкция данного рабочего органа позволяет обрабатывать почвы, заражённые металлами-токсикантами, поскольку они скапливаются в слое почвы от 0 до 15 см, поскольку предлагаемый рабочий орган рыхлит почву не нарушая её генетических горизонтов. Конструкция рабочего органа позволяет обрабатывать почву под все культуры, работать без оборота или разворота, как вперёд, так и назад. Кроме того, по мере износа одной фронтальной стороны рабочий орган можно поворачивать другой стороной, при этом можно использовать его и для междурядной обработки пропашных культур, если развернуть узкой частью по ходу движения. При этом улучшается качество обработки почвы, не допускается рассеивание в почве металлов-токсикантов, уничтожаются сорняки, создаётся противоэрозионный фон при обработке по стерне, почва готовится к посеву, снижается тяговое сопротивление.
Вторым в данной группе мы рассмотрим плоскорежущий рабочий орган по патенту РФ 2091997 [4], который содержит стойку, к нижней части которой присоединён подрезающий элемент, связанный с вибратором, при этом подрезающий элемент выполнен в виде плоской пластины, жёстко прикреплённой к стойке в своей центральной части под прямым углом, при этом с обеих сторон пластины соосно установлены рыхлительные элементы, а вибратор выполнен в виде источника упругих колебаний. При этом каждый рыхлящий элемент имеет поперечное сечение, уменьшающееся в направлении от основания к свободному концу. Поясняется сказанное рисунками 24, 25. Работает плоскорежущий рабочий орган следующим образом: после включения источника упругих колебаний (2) волноводом (3) колебания передаются параллельно корпусу, выполненному в виде пластины (4). И он приходит в возбуждённое состояние, в котором он работает и заглубляется в почву. Помимо пластины в возбуждённое состояние приходят и рыхлители (5), расположенные в местах пучностей (7) колебаний пластины (4). При этом колеблются (вибрируют) как верхние рыхлители (8), так и нижние рыхлители (9). Благодаря их форме – сужение рыхлителей от основания к концу по тангенсоиде, при этом расстояние a (расстояние от центра рыхлителя до пересечения тангенсоиды с перпендикулярной к осевой линии плоскостью всегда меньше расстояния b, то есть a меньше b).
 |  |
| Рис. 24. Плоскорежущий рабочий орган | Рис. 25. Плоскорежущий рабочий орган – вид сверху: 1 – корпус стойки; 2 – источник упругих колебаний; 4 – корпус рабочего органа в виде круглой пластины; 5 – рыхлители конической формы, расположенные в местах пучностей, размер рыхлителей кратен целому числу полуволн |
Именно это делает более продуктивным рыхление с помощью рыхлителей данной формы. Помимо того, что расположение рыхлителей в местах пучностей также усиливает их рыхлящее воздействие на почву, сами по себе волнообразные колебания пластины позволяют ей совершать следующие действия: её режущая кромка долбит почву; почва, проходящая по поверхности пластины, имеет меньшее трение, следовательно, почва, проходящая по поверхности пластины, имеет меньшее трение, следовательно, легче соскальзывает с неё. Уменьшается тяговое сопротивление. Возрастает производительность при обработке почвы. Наличие вибрирующих рыхлителей с двух сторон позволяет избежать образования плужной подошвы и производит разуплотнение почвы. Таким образом, возрастает совокупная эффективность качества обработки почвы, то есть улучшается рыхление почвы, не образуется крупных комков, возрастает водопоглотительная способность почвы. Глубина обработки может варьировать от 6 – 8 см до 30 – 35 см, в зависимости от размеров рыхлителей, что позволяет производить как основную, так и предпосевную обработку почвы.
Теперь рассмотрим рабочий орган культиватора по патенту РФ 2240661 [5], который имеет стойку, соединённую с источником упругих колебаний, к которой присоединён рыхлящий элемент, состоящий из обособленных прутков, при этом форма двух наружных прутков описывается формулой:
Y = anXn + a n-1 X n-1 + … + a1X1+ a0 ,
при – целое число, для правой стороны n – нечётное число, а для левой стороны n – нечётное; внутренние четыре прутка описываются выражением:
Y = aX2+bX+C,
при с разными числовыми значениями, весь же рыхлящий элемент имеет форму поверхности гиперболического параболоида; ось симметрии рыхлящего элемента совпадает с продольной осью симметрии гиперболического параболоида, а концы прутков не пересекают поперечной плоскости симметрии гиперболического параболоида, при этом все прутки имеют одинаковые линейные размеры по длине. При этом длина прутков кратна целому числу полуволн продольных колебаний. Поясняется устройства данного устройства рисунком 26. Рабочий орган культиватора работает следующим образом: после включения источника упругих колебаний, например магнитостриктора (3), прутки (2) начинают вибрировать, поскольку вибрация передаётся к ним по стойке (1), выполняющей одновременно функцию волновода. В возбуждённом состоянии рабочий орган заглубляется в почву. Почва, проходящая между прутками, рыхлится, но не выносится на дневную поверхность, при этом значительно снижается тяговое сопротивление, как за счёт конструктивных особенностей органа, так и за счёт применения вибрации. Глубина обработки зависит от величины прутков и мощности источника упругих колебаний. Конструкция рабочего органа позволяет производить как предпосевную обработку, так и культивацию по уходу за соответствующими сельскохозяйственными культурами с минимальными повреждениями растений.
 |  |
| А. Вид спереди | Б. Вид сбоку |
Рис. 26. Рабочий орган культиватора: 1 – стойка; 2 – пруток культиваторной лапы
Более того, повреждения быстрее регенерируют за счёт эффекта улучшения развития растений после воздействия на них ультразвуковых вибраций. Одновременно стабилизируется водный режим почвы, улучшается качество её обработки. Но самое главное, за счёт конструкции рабочего органа не происходит выноса на дневную поверхность почвы тяжёлых металлов и радионуклидов, которые мигрируют с поверхности почвы в её глубь или разносятся с пылью, вредно влияя на окружающую среду. Одновременно снижается тяговое сопротивление.
Заключение
В качестве некоторого обобщения по всем рассмотренным выше схемам орудий отметим, что в конечном итоге целью для почвообрабатывающих орудий является такая обработка почвогрунта, при которой, с одной стороны, достигаются максимально благоприятные условия для развития сельскохозяйственных растений на всех этапах их вегетации, то есть происходит смещение динамических параметров почвенного плодородия в сторону создания условий для получения максимального выхода продукции растениеводства, ради чего и возделываются те или иные растения. А, с другой стороны, работа орудий должна соответствовать принципам экологической безопасности. Это подразумевает как сохранение почвенного плодородия во времени и пространстве, так и соответствующие этому действия, как-то: ненарушение почвенных генетических горизонтов, сохранение на поверхности почвы стерни и пожнивных остатков, разуплотнение пахотного горизонта почвы, предупреждение уплотнения почвы ходовыми частями энергетических средств, предотвращение образования плужной подошвы, предотвращение загрязнения почвы веществами-токсикантами различного происхождения и ряд других, менее существенных для данного конкретного исследования. Для достижения этих целей и требуются новые схемы орудий и рабочих органов, основанные на отличных от прежних концептах и воплощающие в себе новые дизайнерские подходы.
Источники
1. Сороко Э.М. Структурная гармония систем / Э.М. Сороко / под ред. Е.М.Бабосова.– Минск: Наука и техника, 1984. – 264 с.
2. Патент 2102846 РФ, МКИ А01В49/35; 35/32. Рабочий орган для основной обработки почвы /М.В.Орешкин (UА). – №4880457/13; заявлено 09.10.90; опубл. 27.01.98.– Бюл. №13.
3. Патент 2102844 РФ, МКИ А01В35/32. Плоскорезный рабочий орган / М.В.Орешкин и А.Г.Кратинов (UА). – №888693/13; заявлено 06.11.90; опубл. 27.01.98. – Бюл. №13.
4. Патент 2091997 РФ, МКИ А01В35/26, 35/32, 11/00. Плоскорежущий рабочий орган /М.В.Орешкин, А.Г.Кратинов (UА). – №4933683/13; заявлено 13.05.91; опубл.10.10.97. – Бюл. №28.
5. Патент 2240661 РФ, МПК7 А 01 В 35/32; 35/00. Рабочий орган культиватора/ М.В.Орешкин, Н.А.Зеленский (RU). – № 2003121685; заявлено 14.07.04; опубл. 27.11.04. – Бюл. №33.
Citation link
Oreshkin M.V. CONCEPTUAL APPROACHES TO DESIGNING TOOLS FOR ENVIRONMENTALLY SAFE TILLAGE OF SOILS [Online] //Architecton: Proceedings of Higher Education. – 2010. – №1(29). – URL: http://archvuz.ru/en/2010_1/9
Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons "Attrubution-ShareALike" ("Атрибуция - на тех же условиях"). 4.0 Всемирная
